这是一篇小孩子都能看得懂的黑洞科普文

发布时间:2024-12-18 11:51

黑洞是一种密度极高、引力极强的天体,连光都无法逃脱 #生活知识# #科学#


黑洞,或许是宇宙间最神秘的事物了。以往,我们看到的黑洞照片,其实都是艺术模拟图。如今,黑洞终于“现出真容”!

昨天(4月10日)晚上9点,全世界的太空迷都守在屏幕前,等待这个激动人心的时刻。

新闻发布会同时在布鲁塞尔(英语),灵比(丹麦语),圣地亚哥(西班牙语),上海(普通话),东京(日语),台北(普通话)和华盛顿特区(英语)进行。

地球人合力“拍摄”的第一张宇宙黑洞“照片”,正式发布了:

图片来源:事件视界望远镜项目组

它的质量是太阳的65亿倍,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年。

大概100年前,爱因斯坦提出相对论的时候,那时他没有什么数据,也没有什么实验,全靠他的大脑想象,用数学推算出来的。

而当我们拿出根据广义相对论的计算用电脑模拟出的图片(中间图),如果把这张模拟出的图片像素调低到所拍照片的水平(图3),就会发现两者惊人的符合,这充分验证了一百多年前爱因斯坦广义相对论的正确性。


图1证明了爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

爱因斯坦真的是天才,人类忙活了100多年,才证实了广义相对论的正确。让人真的不禁怀疑:爱因斯坦真的是地球人吗?……

其实理论上,想要看到它的“真容”,需要一个像地球一样大的巨型望远镜。

没有这么大的望远镜怎么办?

科学家让全球多座大型望远镜一起合作,创建了一个“虚拟的地球大小的望远镜”。


他们给这个项目起了个名字,叫事件视界望远镜(EHT)

EHT“拍”的黑洞,看起来有点模糊。那是因为,虽然这些望远镜的精准度都很高,可以站在漠河看一张放在南沙的报纸,可是对浩瀚的宇宙来说,这样的精准度还远远不够。

但对人类来说,意义却是重大的。

首张黑洞“照片”,帮助我们确认了黑洞的存在,同时也是对广义相对论(人类百年来关于时空最重要的理论)最好的证明。

那么,黑洞到底是什么呢?“照片”上的黑洞为什么会发光?今天小途就让大家简单易懂得了解关于黑洞的那些事儿。

1

假如,你有一艘大飞船,自己做船长,带着计算机、机器人和几百名船员,到遥远的星际空间去探索黑洞,并把航行的经历用电波发回地球。

黑洞之所以被称为黑洞,是因为黑洞内部所有的物质,包括速度最快的光,都逃不出去。不仅如此,它还能把周围的光和物质吸进来。

但这并不代表黑洞就是黑的。

我们看到的黑色,只是黑洞的“阴影”。真正的黑洞,就像会隐身术一样,是透明的。

黑洞为什么这么厉害?

原来,黑洞的“前世”,是恒星。

人类出生后,会成长、衰老、死亡,恒星和人类一样,也会“成长、衰老、死亡”。

当一颗恒星衰老时,它中心的能量已经不多了,不能再承受外壳的巨大重量。

于是,核心开始坍缩,直到巨大的质量都压缩到一个点上。

而质量导致的时空扭曲,让周围的物质,即使光,也无法逃出去——黑洞就诞生了。

现在,你们对黑洞已经有了基本的了解。

可是,宇宙那么大,到底去探索哪个黑洞呢?

你的助手提议,去室女座。

室女座有一个巨椭圆星系M87。它的中心,有一个超大质量黑洞。

2

你们的飞船,离室女座越来越近了。


大量的宇宙尘埃,挡住了飞船的视线。

但天文学家们早就找到了破解之道。

首先,黑洞周围的恒星、气体的运动,会透露黑洞的踪迹。比如,你看到很多星星围着一个区域“跳舞”,那里很可能就有一个黑洞。

其次,因为贪婪,黑洞总是不停地“吃东西”。

当它把恒星的气体撕扯到自己身边时,就会产生一个围绕黑洞旋转的气体盘,叫做吸积盘。

如果吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞之前,在磁场的作用下,会被抛射出去,形成喷流

由于气体摩擦的原因,吸积盘和喷流都会产生明亮的光和大量辐射。

如此以来,黑洞的藏身之处也就暴露了。

“照片”上的黑洞,明亮部分就是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

3

接近巨椭圆星系M87时,你看不到黑洞里面的东西,但你知道黑洞的表面叫做“事件视界”。它就像一堵无形的墙,将内部被高度扭曲的时空和外界时空隔离开来。

别忘了,地球上观测黑洞的望远镜组合,也叫这个名字。实际上,事件视界望远镜尝试观测的,就是黑洞的“事件视界”。

黑洞的内部到底有什么?掉入黑洞究竟会怎么样?

这些问题,也是许多科学家研究的方向。

1915年,爱因斯坦提出一个理论,把时间和空间结合为一种叫“时空”的东西。它不是平直的,而是被其中的物质和能量弯曲了。

在我们附近,时空几乎是平直的,在宇宙更远的地方,时空弯曲的某些结果,会不会比爱因斯坦的理论更惊人呢?

几十年后,有一位伟大的科学家,叫史蒂芬·霍金,提出了更加科幻的说法。

他在一份报告中说,黑洞的引力作用造成了一个空间的弯曲,只要黑洞足够巨大,而且它在旋转,那么或许它就是前往另一个宇宙的通道。

也就是说,如果我们哪天不小心落入了黑洞,很可能会到达另一个平行宇宙。

听了这些研究,大家都陷入了沉思。

浩瀚的宇宙里,有太多太多我们不知道的奥秘。

正如我们在长大的过程中逐渐懂得,世界并非像我们小时候以为的那样,只围着我们转。

未来,充满了挑战,也充满了希望。

部分文章来源:阳光少年报

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